Αλχημεία! Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN παράγει χρυσό από μόλυβδο!

Μπορεί να ακούγεται σαν όνειρο των μεσαιωνικών αλχημιστών, όμως επιστήμονες στο CERN κατάφεραν, έστω και για κλάσματα του δευτερολέπτου, να μετατρέψουν μόλυβδο σε χρυσό, όχι με φίλτρα και ξόρκια, αλλά με τη δύναμη της σύγχρονης Φυσικής.

Κατά τη διάρκεια της δεύτερης φάσης λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), από το 2015 έως το 2018, οι ερευνητές της συνεργασίας ALICE (A Large Ion Collider Experiment) του CERN κατάφεραν να εντοπίσουν τη δημιουργία περίπου 86 δισεκατομμυρίων πυρήνων χρυσού – μολονότι πρόκειται για ποσότητα μικρότερη από 30 πικογραμμάρια, δηλαδή τρισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου.

Στην πράξη, ο χρυσός παράγεται στιγμιαία και εξαϋλώνεται σχεδόν αμέσως, αλλά το γεγονός και μόνο ότι η διαδικασία μπορεί να συμβεί, και να μετρηθεί πειραματικά, αποτελεί ένα εξαιρετικό επιστημονικό επίτευγμα.

Πώς ο μόλυβδος «μεταμορφώνεται» σε χρυσό

Στον περιοδικό πίνακα, ο μόλυβδος (Pb) και ο χρυσός (Au) βρίσκονται σχετικά κοντά. Ο μόλυβδος διαθέτει 82 πρωτόνια, ενώ ο χρυσός 79. Αυτό σημαίνει ότι με την αφαίρεση τριών πρωτονίων (και μερικών νετρονίων), ένας πυρήνας μολύβδου μπορεί να μετατραπεί θεωρητικά σε πυρήνα χρυσού.

Όμως αυτή η «μεταστοιχείωση» δεν είναι καθόλου εύκολη. Απαιτείται τεράστια ενέργεια, την οποία μπορούν να προσφέρουν μόνο υπερσύγχρονοι επιταχυντές, όπως ο LHC, που επιταχύνει τα άτομα σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός (99,999993%).

Το πείραμα της ALICE και η μαγεία της παρατήρησης

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η δημιουργία χρυσού δεν προκύπτει από άμεσες συγκρούσεις, αλλά από «παραλίγο συγκρούσεις» ανάμεσα σε πυρήνες μολύβδου. Όταν δύο πυρήνες περνούν πολύ κοντά ο ένας από τον άλλο, δημιουργούν έντονα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, που με τη μορφή φωτονίων μπορούν να προκαλέσουν εσωτερικές διαταραχές σε έναν πυρήνα. Το αποτέλεσμα είναι η απώλεια πρωτονίων και νετρονίων και η εμφάνιση νέων στοιχείων.

Εκτός από χρυσό, παράγονται επίσης θάλλιο και υδράργυρος, σε μεγαλύτερες ποσότητες μάλιστα. Χάρη στα Zero Degree Calorimeters (ZDCs) του ανιχνευτή ALICE, οι ερευνητές κατάφεραν να καταγράψουν και να ποσοτικοποιήσουν αυτά τα εξαιρετικά σπάνια φαινόμενα.

Παρότι ο παραγόμενος χρυσός δεν μπορεί να συλλεχθεί ή να αξιοποιηθεί οικονομικά, το επιστημονικό ενδιαφέρον είναι τεράστιο. Η διαδικασία αυτή προσφέρει στους Φυσικούς πολύτιμες πληροφορίες για τη συμπεριφορά των ατομικών πυρήνων σε ακραίες συνθήκες, καθώς και για τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις σε σχεδόν φωτεινές ταχύτητες.

Όπως σημειώνει ο Marco van Leeuwen, εκπρόσωπος της συνεργασίας ALICE:

Είναι εντυπωσιακό που οι ανιχνευτές μας μπορούν να διαχειριστούν συγκρούσεις που παράγουν χιλιάδες σωματίδια, ενώ ταυτόχρονα είναι αρκετά ευαίσθητοι για να καταγράψουν σπάνιες περιπτώσεις όπου παράγονται μόνο λίγα – επιτρέποντάς μας να μελετήσουμε αυτές τις σπάνιες μορφές “πυρηνικής μεταστοιχείωσης”.

Αν και οι μεσαιωνικοί αλχημιστές θα απογοητεύονταν από το γεγονός ότι ο χρυσός του CERN εξαφανίζεται σχεδόν ακαριαία, για τους σημερινούς επιστήμονες πρόκειται για ένα θρίαμβο της γνώσης και της τεχνολογίας. Δεν πρόκειται για «μαγική μετατροπή», αλλά για ακριβώς υπολογισμένες φυσικές διεργασίες, οι οποίες όχι μόνο επιβεβαιώνουν θεωρίες αλλά και ανοίγουν νέους δρόμους στην κατανόηση της ύλης.

[via]